CN206241443U - 弧长控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种弧长控制装置，包括弧压采集装置、弧压比较装置和驱动装置，弧压采集装置连接弧压比较装置，弧压比较装置连接驱动装置，驱动装置用于与焊枪连接。弧压采集装置接收弧压信号，输出弧压值至弧压比较装置，弧压比较装置输出驱动信号至驱动装置；驱动装置控制焊枪移动，以改变焊枪的焊接弧长，将弧长稳定在一个合适的范围内，实现对焊接弧长实时控制。

Description

弧长控制装置

技术领域

本实用新型涉及焊接控制技术领域，特别是涉及一种弧长控制装置。

背景技术

随着现代工业的发展，企业对焊接技术、焊接效率和焊接质量的要求越来越高，实现焊接自动化已成为共识。

由于在很多场合中被焊接工件表面高低不平，为了保证焊接质量，需要焊枪钨极的位置能及时随着工件表面高低的变化而变化，即保证焊枪钨极与焊接工件表面的距离(简称间距)不变，从而电弧弧长(简称弧长)保持不变。若弧长过短，容易使钨极沾到工件，造成短路。若弧长时大时小，则会使焊缝不均匀，不美观，而且焊接强度下降。因此在氩弧焊焊接过程中需要对焊接弧长进行控制，使其稳定在一个确定的长度十分必要。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种可实现对焊接弧长实时控制的弧长控制装置。

一种弧长控制装置，包括弧压采集装置、弧压比较装置和驱动装置，所述弧压采集装置连接所述弧压比较装置，所述弧压比较装置连接所述驱动装置，所述驱动装置用于与焊枪连接，

所述弧压采集装置接收弧压信号，输出弧压值至所述弧压比较装置，所述弧压比较装置输出驱动信号至所述驱动装置；所述驱动装置控制所述焊枪移动。

上述弧长控制装置，弧压采集装置对接收的弧压信号进行模数转换，得到弧压值并发送至弧压比较装置。弧压比较装置根据弧压值与预设数值范围的关系输出驱动信号至驱动装置，通过驱动装置带动焊枪移动，以改变焊枪的焊接弧长，将弧长稳定在一个合适的范围内，实现对焊接弧长实时控制。

附图说明

图1为一实施例中弧长控制装置的结构图；

图2为一实施例中弧压采集装置的原理图；

图3为一实施例中弧压比较装置的原理图；

图4为一实施例中驱动装置的原理图；

图5为一实施例中液晶显示装置的原理图；

图6为一实施例中串口通信装置的原理图。

具体实施方式

在一个实施例中，一种弧长控制装置，适用于氩弧焊机的弧长控制。如图1所示，该弧长控制装置包括弧压采集装置110、弧压比较装置120和驱动装置130，弧压采集装置110连接弧压比较装置120，弧压比较装置120连接驱动装置130，驱动装置130用于与焊枪连接。焊枪具体可以是氩弧焊枪或其他类型的焊枪。弧压采集装置110接收弧压信号，输出弧压值至弧压比较装置120，弧压比较装置120输出驱动信号至驱动装置130；驱动装置130控制焊枪移动。本实施例中，弧压采集装置110和弧压比较装置120采用5V直流电源供电，具体可由开关电源提供，驱动装置130采用24V交流电供电，具体可由变压器直接提供。

在一定的间距范围内，弧压与弧长基本成线性关系。当焊枪钨极与焊接表面间距增大，弧长增加时，测得电弧电压亦增大，焊接时的熔宽增加，熔深稍有减少。弧压采集装置110对接收的弧压信号进行模数转换，得到弧压值并发送至弧压比较装置120。弧压比较装置120根据弧压值与预设数值范围的关系输出驱动信号至驱动装置130，通过驱动装置130带动焊枪移动，以改变焊枪的焊接弧长，将弧长稳定在一个合适的范围内。

预设数值范围的具体取值并不唯一，本实施例中，将设定弧压与预设误差之和作为预设数值范围的上限值，将设定弧压与预设误差之差作为预设数值范围的下限值。根据采集到的弧压值与预设数值范围的关系，改变驱动装置130带动焊枪移动的方向，从而调节焊枪的位置，保证采集的弧压值在预设数值范围之内。以预设误差为0.03V为例，则根据实时弧压相对于设定的标准弧压的大小来控制驱动装置130，保证实时弧压与设定弧压的差值不超过±0.03V。可以理解，在其他实施例中，可以是直接设定上限值和下限值以确定预设数值范围。

具体地，若弧压值在预设数值范围之内，则驱动装置130不带动焊枪移动，若弧压值小于预设数值范围的下限值，则驱动装置130带动焊枪向上移动，若弧压值大于预设数值范围的上限值，则驱动装置130带动焊枪向下移动，以改变焊枪与焊接工件的距离，实现弧长控制。

需要说明的是，弧压比较装置120根据弧压值与预设数值范围的关系输出驱动信号至驱动装置130，通过驱动装置130带动焊枪移动，可以采用目前市面上成熟的产品，并利用这些成熟产品上自带的常用程序来实现其数据处理过程，可以不需要依赖于新的程序来实现。

在一个实施例中，如图2所示，弧压采集装置110包括模数转换器U3、第一电阻R5和稳压管D1。模数转换器U3具体可采用PCF8591芯片。

模数转换器U3连接弧压比较装置120，第一电阻R5一端连接电源接入端VCC，另一端连接稳压管D1的阴极和模数转换器U3，稳压管D1的阳极接地，电源接入端VCC为5V直流电输入端。具体地，模数转换器U3的端口SCL和端口SDA连接弧压比较装置120，端口AGND、端口EXT、端口A0、端口A1、端口A2和端口VSS接地。模数转换器U3的端口VREF连接第一电阻R5和稳压管D1的公共端，端口VDD连接电源接入端VCC，端口AIN0用于接收弧压信号。为便于理解，本实施例中，模数转换器U3的端口AIN0连接滑动变阻器R2的滑片，滑动变阻器R2一端连接电源接入端VCC，另一端接地。通过调节滑动变阻器R2的滑片改变滑动变阻器R2的阻值，模拟弧压信号的输入，使端口AIN0的输入电压发生变化，用作模数转换器U3进行模数转换，模拟因弧长变化而引起的弧压变化。

PCF8591芯片的功能包括多路复用模拟输入、内置跟踪保持、8位逐次比较模数转换功能和8位数模转换功能。其最大转换速率取决于I2C总线的最高速率。它的四路模拟输入可编程为单端输入或差分输入。在与弧压比较装置120的信息传输过程中仅靠时钟线SCL和数据线SDA就可以实现，弧压比较装置120对其的控制是通过时钟总线SCL和数据总线SDA进行，而AD转换的结果也是通过数据总线SCL和数据总线SDA进行。

使用PCF8591芯片的A/D模数转换功能采集实时电弧电压。得到实时弧压值后，就能判断弧长是否在所需范围内。具体地，通过弧压比较装置120控制时钟总线和数据总线使PCF8591芯片采集实时电弧电压，取端口AIN0作为A/D转换输入端。在进行数据操作时，首先是主控器(弧压比较装置120)发出起始信号，然后发出读寻址字节，被控器(PCF8591芯片)做出应答后，主控器从被控器读出第一个数据字节，主控器发出应答，主控器从被控器读出第二个数据字节，主控器发出应答…一直到主控器从被控器中读出第n个数据字节，主控器发出非应答信号，最后主控器发出停止信号。将结果串行传输给弧压比较装置120后，再经过一定处理，算出实时电弧电压值。

在一个实施例中，如图3所示，弧压比较装置120包括控制器U2、复位电路122和晶振电路124，控制器U2连接弧压采集装置110和驱动装置130，复位电路122和晶振电路124连接控制器U2。本实施例中，控制器U2为STC89C52单片机。

控制器U2的端口P1.2和端口P1.3连接弧压采集装置110，具体连接模数转换器U3的端口SCL和端口SDA。控制器U2的端口P0.0至端口P0.2连接驱动装置130，具体可通过接口R3与驱动装置130连接。

本实施例中，接口R3为8X1k接口。STC89C52单片机通过时钟线SCL和数据线SDA控制PCF8591芯片采集实时电弧电压，同时将实时采集到的弧压值与设定弧压进行比较，根据比较结果控制驱动装置130调节焊枪的位置。

具体地，在一个实施例中，复位电路122包括复位开关BOTTUN、第一电容C1和第二电阻R4，第一电容C1和第二电阻R4串联且公共端连接控制器U2，具体连接控制器U2的端口RST，第一电容C1另一端连接电源接入端VCC，第二电阻R4另一端接地，复位开关BOTTUN与第一电容C1并联。当控制器U2出现程序跑偏时，可通过复位电路122对控制器U2进行复位，提高弧长控制装置的运行可靠性。

在一个实施例中，晶振电路124包括晶振器Y1、第二电容C6和第三电容C7。晶振器Y1连接控制器U2，具体地，晶振器Y1的端口1连接控制器U2的端口XTAL1，晶振器Y1的端口2连接控制器U2的端口XTAL2。第二电容C6和第三电容C7均一端连接晶振器Y1，另一端接地。具体地，第二电容C6连接晶振器Y1的端口2，第三电容C7连接晶振器Y1的端口1。

在一个实施例中，如图4所示，驱动装置130包括电机驱动器P1、电机保护板P2和电机P3，电机驱动器P1连接弧压比较装置120，电机保护板P2连接电机驱动器P1和电机P3，电机P3用于连接焊枪。电机驱动器P1具体可以是步进电机驱动器，电机P3为步进电机。本实施例中，电机驱动器P1为DX-DM242A型号的二相细分型混合式步进电机驱动器，输入信号采用光电隔离，具有短路、错相、过流保护功能，提供节能的半电流锁定功能。

电机驱动器P1的端口AC1和端口AC2接入24V交流电，端口CP+、端口DIR+和端口RST+连接电源接入端VCC，电机驱动器P1的端口CP-、端口DIR-和端口RST-分别连接弧压比较装置120中控制器U2的端口P0.0、端口P0.1和端口P0.2。电机驱动器P1的端口A+、端口A-、端口B+和端口B-通过电机保护板P2与电机P3连接。

电机驱动器P1被用来驱动电机P3正反转，进而带动焊枪向上或向下移动，以实现弧长控制，将弧长稳定在一个合适的范围内。具体地，当实时采集的弧压值与设定弧压的差值不超过±0.03V时，电机P3停转；当弧压值小于设定弧压-0.03V时，控制电机P3顺时针转动，带动焊枪向上移动；当弧压值大于设定弧压+0.03V时，控制电机P3逆时针转动，带动焊枪向下移动。

在一个实施例中，弧长控制装置还包括连接弧压比较装置120的显示装置。弧压比较装置120将实时采集的弧压值发送至显示装置进行显示，以便测试人员观察。本实施例中，显示装置为液晶显示装置。

进一步地，在一个实施例中，如图5所示，液晶显示装置包括显示器P和滑动变阻器R1，显示器P连接滑动变阻器R1和弧压比较装置120，显示器P具体可为LCD12864芯片。

具体地，显示器P的端口V0连接滑动变阻器R1的滑片，滑动变阻器R1一端连接电源接入端VCC，另一端连接显示器P的端口Vout，显示器P的端口GND和端口LEDK接地，端口VCC和端口LEDA连接电源接入端VCC。显示器P的端口RST、端口PSB、端口E、端口RW和端口RS分别连接弧压比较装置120中控制器U2的端口P0.3至端口P0.7。显示器P的端口DB0至端口DB7分别连接控制器U2的端口P2.0至端口P2.7。

在一个实施例中，弧长控制装置还包括连接弧压比较装置120的串口通信装置。可通过串口通信装置进行通信，便于数据下载备份；还可通过串口通信装置对弧压比较装置120进行调试检测。

具体地，如图6所示，在一个实施例中，串口通信装置包括电平转换芯片U1和串口接头J2，电平转换芯片U1连接弧压比较装置120和串口接头J2。电平转换芯片U1可采用MAX232芯片。

此外，串口通信装置还可包括第四电容C2、第五电容C3、第六电容C4和第七电容C5，电平转换芯片U1的端口VCC连接电源接入端，端口GND接地。电平转换芯片U1的端口T1IN和端口R1OUT分别连接弧压比较装置120中控制器U2的端口P3.1和端口P3.0，电平转换芯片U1的端口T1OUT和端口R1IN连接串口接头J2。第四电容C2一端连接电平转换芯片U1的端口C1+，另一端连接电平转换芯片U1的端口C1-。第五电容C3一端连接电平转换芯片U1的端口V+，另一端连接电源接入端VCC。第六电容C4一端连接电平转换芯片U1的端口C2+，另一端连接电平转换芯片U1的端口C2-。第七电容C5一端连接电平转换芯片U1的端口V-，另一端接地。

以滑动变阻器R2上的电压模拟弧压，调节滑动变阻器R2的阻值使其两端电压发生变化，以此来模拟弧压的变化，同时也是模拟弧长的变化。滑动变阻器R2两端电压范围为0～5V，PCF8591芯片为8位CMOS采集器件，其分辨率为5V/255＝0.019V。在测试中，设定弧压为3.50V，测试结果如下：

(1)当滑动变阻器R2上的电压值处于3.47V～3.53V之间时，控制器U2认为实时弧压与设定弧压3.50V基本相等，此时步进电机停止转动。

(2)当滑动变阻器R2上的电压值小于3.47V时，即实时弧压小于设定弧压，此时步进电机顺时针转动。在此过程中，只要滑动变阻器R2上的电压小于3.47V，步进电机会一直顺时针转动，直到滑动变阻器R2上的电压不小于3.47V。

(3)当滑动变阻器R2上的电压值大于3.53V时，即实时弧压大于设定弧压，此时步进电机逆时针转动。在此过程中，只要滑动变阻器R2上的电压大于3.53V，步进电机会一直逆时针转动，直到滑动变阻器R2上的电压不大于3.53V。

上述弧长控制装置，弧压采集装置110对接收的弧压信号进行模数转换，得到弧压值并发送至弧压比较装置120。弧压比较装置120根据弧压值与预设数值范围的关系输出驱动信号至驱动装置130，通过驱动装置130带动焊枪移动，以改变焊枪的焊接弧长，将弧长稳定在一个合适的范围内，实现对焊接弧长实时控制。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种弧长控制装置，其特征在于，包括弧压采集装置、弧压比较装置和驱动装置，所述弧压采集装置连接所述弧压比较装置，所述弧压比较装置连接所述驱动装置，所述驱动装置用于与焊枪连接，

所述弧压采集装置接收弧压信号，输出弧压值至所述弧压比较装置，所述弧压比较装置输出驱动信号至所述驱动装置；所述驱动装置控制所述焊枪移动。

2.根据权利要求1所述的弧长控制装置，其特征在于，所述弧压采集装置包括模数转换器、第一电阻和稳压管，

所述模数转换器连接所述弧压比较装置，所述第一电阻一端连接电源接入端，另一端连接所述稳压管的阴极和所述模数转换器，所述稳压管的阳极接地。

3.根据权利要求1所述的弧长控制装置，其特征在于，所述弧压比较装置包括控制器、复位电路和晶振电路，所述控制器连接所述弧压采集装置和所述驱动装置，所述复位电路和所述晶振电路连接所述控制器。

4.根据权利要求3所述的弧长控制装置，其特征在于，所述复位电路包括复位开关、第一电容和第二电阻，所述第一电容和所述第二电阻串联且公共端连接所述控制器，所述第一电容另一端连接电源接入端，所述第二电阻另一端接地，所述复位开关与所述第一电容并联。

5.根据权利要求3所述的弧长控制装置，其特征在于，所述晶振电路包括晶振器、第二电容和第三电容，所述晶振器连接所述控制器，所述第二电容和所述第三电容均一端连接所述晶振器，另一端接地。

6.根据权利要求1所述的弧长控制装置，其特征在于，所述驱动装置包括电机驱动器、电机保护板和电机，所述电机驱动器连接所述弧压比较装置，所述电机保护板连接所述电机驱动器和所述电机，所述电机用于连接所述焊枪。

7.根据权利要求1所述的弧长控制装置，其特征在于，还包括连接所述弧压比较装置的显示装置。

8.根据权利要求7所述的弧长控制装置，其特征在于，所述显示装置为液晶显示装置。

9.根据权利要求1所述的弧长控制装置，其特征在于，还包括连接所述弧压比较装置的串口通信装置。

10.根据权利要求9所述的弧长控制装置，其特征在于，所述串口通信装置包括电平转换芯片和串口接头，所述电平转换芯片连接所述弧压比较装置和所述串口接头。